Измерване на фазовия ъгъл. Получаване на необходимото фазово изместване

Нека направим следния експеримент. Нека вземем осцилоскопа, описан в § 153, с два контура и го включим във веригата, така че (фиг. 305, а), че контур 1 е включен във веригата последователно с кондензатора, а контур 2 е успореден на този кондензатор. Очевидно кривата, получена от контур 1 изобразява формата на тока, преминаващ през кондензатора, а от контур 2 дава формата на напрежението между плочите на кондензатора (точки и), тъй като в този контур на осцилоскоп токът във всеки момент от времето е пропорционално на напрежението. Опитът показва, че в този случай кривите на тока и напрежението са извън фаза, като токът води напрежението във фаза с една четвърт от период (с ). Ако заменим кондензатора с намотка с голяма индуктивност (фиг. 305, б), тогава ще се окаже, че токът изостава от напрежението с една четвърт от периода (с). И накрая, по същия начин може да се покаже, че в случай на активно съпротивление напрежението и токът са във фаза (фиг. 305, в).

Ориз. 305. Опит при откриване на фазово изместване между ток и напрежение: отляво - схемата на експеримента, отдясно - резултатите

В общия случай, когато секция на веригата съдържа не само активно, но и реактивно (капацитивно, индуктивно или и двете) съпротивление, напрежението между краищата на тази секция е фазово изместено спрямо тока, а фазовото изместване се намира в диапазон от до и се определя от съотношението между активното и реактивното съпротивление на този участък от веригата.

Каква е физическата причина за наблюдаваното фазово изместване между ток и напрежение?

Ако веригата не включва кондензатори и намотки, т.е. капацитивното и индуктивното съпротивление на веригата могат да бъдат пренебрегнати в сравнение с активното, тогава токът следва напрежението, преминавайки едновременно през максималните и нулевите стойности, както е показано на фиг. 305, ин.

Ако веригата има забележима индуктивност, тогава когато през нея преминава променлив ток, във веригата се появява e. д.с. самоиндукция. Това д. д.с. според правилото на Ленц, то е насочено по такъв начин, че има тенденция да предотвратява онези промени в магнитното поле (и следователно промените в тока, който създава това поле), които причиняват e. д.с. индукция. С увеличаване на тока e. д.с. самоиндукцията предотвратява това увеличение и следователно токът достига максимум по-късно, отколкото при липса на самоиндукция. Когато текущата e. д.с. самоиндукцията има тенденция да поддържа ток и нулевите стойности на тока ще бъдат достигнати в по-късен момент, отколкото при липса на самоиндукция. По този начин, при наличие на индуктивност, токът изостава във фаза с тока при липса на индуктивност и следователно изостава във фаза със своето напрежение.

Ако активното съпротивление на веригата може да се пренебрегне в сравнение с нейното индуктивно съпротивление, тогава изоставането на тока от напрежението във времето е (фазовото изместване е равно на), т.е. максимумът съвпада с, както е показано на фиг. 305b. Всъщност в този случай напрежението върху активното съпротивление, тъй като и следователно цялото външно напрежение е балансирано от e. д.с. индукция, която е противоположна на нея по посока: . По този начин максимумът съвпада с максимума, т.е. възниква в момента, когато се променя най-бързо, а това се случва, когато. Напротив, в момента, когато преминава през максималната стойност, промяната в тока е най-малка, т.е. в този момент.

Ако активното съпротивление на веригата не е толкова малко, че да може да се пренебрегне, тогава част от външното напрежение пада върху съпротивлението, а останалата част се балансира от e. д.с. самоиндукция: . В този случай максимумът е по-малък от (фазовото изместване е по-малко от ) от максимума, както е показано на фиг. 306. Изчислението показва, че в този случай фазовото забавяне може да се изчисли по формулата

. (162.1)

Защото имаме и , както е обяснено по-горе.

Ориз. 306. Фазово изместване между ток и напрежение във верига, съдържаща активно и индуктивно съпротивление

Ако веригата се състои от кондензатор с капацитет и активното съпротивление може да се пренебрегне, тогава кондензаторните пластини, свързани към източник на ток с напрежение, се зареждат и между тях се появява напрежение. Напрежението на кондензатора следва напрежението на източника на ток почти мигновено, тоест достига максимум едновременно с и изчезва, когато .

Връзката между тока и напрежението в този случай е показана на фиг. 307 а. На фиг. 307b условно изобразява процеса на презареждане на кондензатор, свързан с появата на променлив ток във веригата.

Ориз. 307. а) Фазово изместване между напрежение и ток във верига с капацитивно съпротивление при липса на активно съпротивление. б) Процесът на презареждане на кондензатор във верига с променлив ток

Когато кондензаторът е зареден до максимум (т.е. и следователно и имат максимална стойност), токът и цялата енергия на веригата са електрическата енергия на заредения кондензатор (точка на фиг. 307, а). Когато напрежението намалее, кондензаторът започва да се разрежда и във веригата се появява ток; той е насочен от облицовка 1 към облицовка 2, т.е. към напрежението. Следователно, на фиг. 307 и се показва като отрицателен (точките лежат под оста на времето). Докато кондензаторът е напълно разреден ( и ) и токът достигне максималната си стойност ( точка ); електрическата енергия е нула и цялата енергия се редуцира до енергията на магнитното поле, създадено от тока. Освен това напрежението променя знака и токът започва да отслабва, запазвайки същата посока. Когато ( и ) достигне максимум, цялата енергия отново ще стане електрическа, а токът (точка). В бъдеще (и) започва да намалява, кондензаторът се разрежда, токът се увеличава, сега има посока от плоча 2 към плоча 1, тоест положителна; токът достига своя максимум в момента, когато (точка ) и т.н. От фиг. 307,a може да се види, че токът достига максимум и преминава през нула по-рано от напрежението, т.е. токът води напрежението във фаза, както е обяснено по-горе.

Ориз. 308. Фазово изместване между ток и напрежение във верига, съдържаща активно и капацитивно съпротивление

Фаза характеризира моментната стойност на хармоничен сигнал в определен момент от време. Единицата за фаза е електрически градус или радиан. Фазовото изместване се определя по два основни метода: директна оценка и сравнение.

Фазомери за директна оценка включват аналогови електромеханични устройства с рационометричен механизъм, аналогови електронни фазомери и цифрови фазомери.

Методът за сравнение се измерва с осцилоскоп. Този метод се използва във вериги с ниска мощност, с малко ниво на измерени сигнали, когато не се изисква висока точност. За по-точни резултати се използва метод на компенсация, при който осцилоскопът служи като индикатор за фазово равенство.

При измерване в честотния диапазон на сигнали от няколко десетки до 6-8 kHz се използват рационометрични инструменти, което дава възможност за измерване на сигнали с голяма амплитуда с ниска точност и висока собствена консумация на устройството.

Аналогови електронни фазомери. Работата на двуканална верига, аналогов електронен фазомер, се основава на преобразуването на ъгъла на смяна между сигналите във времеви интервали между импулси т, последвано от преобразуване в текущата разлика Icp, чиято средна стойност е пропорционална на този ъгъл.

Формулата, изразяваща зависимостта на ъгъла на изместване от изходния ток на веригата, се записва, както следва:

Ψ=(180*Icp)/Im;

където Ψ е ъгълът на фазовото изместване;
Icpе средната стойност на разликата в тока на изхода на веригата;
Аз съме амплитудата на изходните импулси.

Хармонични сигнали U1и U2се подават съответно към еталонния и сигналния входни елементи на веригата. Входният елемент е усилвател за ограничаване на входния сигнал и се използва за преобразуване на синусоидални сигнали в серия от импулси с постоянен преден наклон.

Синхронизираните мултивибратори под въздействието на входния сигнал генерират правоъгълни импулси (графика 3). Изходните сигнали на мултивибраторите имат постоянна продължителност Т/2и се изместват един спрямо друг за известно време ΔT, пропорционално на ъгъла ψ .

Изходният сигнал от опорната и сигналната част на веригата се подава към специален диференциращ елемент, на изхода на който се генерират шипове сигнали. Положителните импулси се преобразуват във фронтове, отрицателните в съкращения (графика 4).

Изходните мултивибратори получават следните сигнали. Почивен ден MVреферентен канал: положителен импулс на референтния канал и отрицателен импулс на измервателния канал. Изход на измервателния канал MW: положителен импулс на измервателния канал и отрицателен импулс на референтния канал.

В същото време на изхода на препратката MVполучавате сигнал с продължителност (T/2+ΔT), и на изхода на измерването MW–(T/2-ΔT).

Измервателният микроамперметър, свързан към разликата в импулсите на изхода MV, показва средната стойност на разликата в тока:

Icp=(2ΔT/T)Im;

Ако заместим формулите в този израз ψ=ωΔТ, ω=2π/Т, получаваме:

ψ=360ºΔT/T=(180ºIcp)/Im;

Скалата на амперметъра се калибрира в единици на ъгъла на фазовото изместване. Грешката при използване на този метод зависи от класа на точност на инструмента.

Цифрови фазомери. Принципът на действие на тези цифрови устройства се основава на зависимостта ψ=360ºΔT/T, но вместо множителя ΔT/Tформулата включва стойността на броя на примерните импулси н. Работата на цифровия фазомер е илюстрирана на фигура 2.

Отвореното време на селектора за време зависи от измервания период т. През този период от време сигнал за референтна честота преминава през селектора за време foи примерна продължителност Че, издаден от генератора на времеви марки. Брой импулси нза периода тще бъде:

N=T/До;

Входни сигнали U1и U2с помощта на стробоскопски импулс, те се преобразуват в серия от импулси, изместени във времето ΔT, пропорционално на фазовото изместване на сигналите. Времето на отворено състояние на селектора за време е равно на ΔT, а броят на пропуснатите импулси на референтната честота е:

n=ΔT/To;

След това зависимостта ψ за честотата и броя на импулсите на референтната честота ще бъде записано, както следва:

ψ=360ºn/Nили ψ=360º(fo/f)n;

Такива честотомери се използват при условие, че референтната честота е повече от 1000 пъти честотата на сигнала.

За измерване на средната стойност на фазовото изместване към веригата на цифровия фазомер се добавя друг селектор за време, управляван от делител на напрежение. В този случай няколко групи импулси ще преминат през два последователно свързани времеви селектора, пропорционални по големина на ъгъла на изместване.

Сравнително измерване. За определяне на фазовото изместване чрез сравнение се използва електронен осцилоскоп. Фазово изместване ψ се намират според параметрите на фигурите, показани на екрана на осцилоскоп, работещ в режим на линеен или кръгов размах.

При използване на двулъчев осцилоскоп към вертикалните отклоняващи пластини се подават два сигнала с една и съща честота, между които се измерва фазовото изместване. Когато хоризонталните линии на двата сигнала се комбинират, на екрана на осцилоскопа се наблюдава диаграма от фиг. 3. Според измерените сегменти на скалата аби acопределяне на:

ψ=360ºΔТ/Т=360º.

Грешката на този метод се крие в неточността при определяне на сегментите аби ac, неточно подравняване на контурните линии и дебелината на светлинния лъч на екрана.

При измерване ψ според фигурите на Lissajous, измерените напрежения се прилагат към хоризонталните и вертикалните входове на осцилоскопа. На екрана се появява елипса.

Центърът на елипсата е подравнен с центъра на координатната система. Чрез измерване на размера на сегментите на екрана НОи AT, фазовото изместване се намира по формулата:

ψ=arctg(A/B);

Грешка в измерването ψ Методът на фигурата на Лисажу е 5-10%. Друг недостатък на метода е измерването на фазовото изместване без определяне на знака.

Този недостатък се решава по следния начин: напрежение u2се подава едновременно към хоризонталните пластини и към модулатора на електронно-лъчева тръба с фазово изместване от 90°. В същото време в диапазона на положителните стойности ψ - горната част на елипсата свети по-ярко, а при отрицателна - долната част.

Най-точните определения ψ извършва се по метода на компенсация. За да направите това, използвайте примерен фазов превключвател (RC-верига, мостова или трансформаторна верига), включен във веригата на едно от напреженията. Фазовият превключвател въвежда фазово изместване, равно на, но противоположно на измереното ψ .

Когато се стриже ψ на екрана на осцилоскопа, наклонената линия ще бъде отклонена вдясно от вертикалата. Ако линията е наклонена наляво, изместването е (180º-ψ).

Единиците за фазово изместване са радиани и градуси:

1° = π/180 rad.

В каталожната класификация електронните измервателни уреди за фазова разлика и групово закъснение се обозначават, както следва: F1 - референтни уреди, F2 - фазомери, FZ - измервателни фазови превключватели, F4 - групови измерватели на закъснение, F5 - корелационни измервателни уреди.

Електромеханичните фазомери на предния панел имат знак ∆φ.

Фазата характеризира състоянието на хармоничния процес в даден момент:

u(т) = Ъмгрях (ωt+ φ).

Фазата е целият аргумент на синусоидалната функция ( ωt+ φ). Обикновено ∆φ се измерва за трептения със същата честота:

ти 1(т) =хмгрях( ωt+ φ 1);

ти 2(т) =хмгрях( ωt+ φ 2).

В този случай фазовото изместване

∆φ = ( ωt+ φ 1) - ( ωt- φ 2) = φ 1 - φ 2 (5.10)

За простота, началната фаза на едно трептене се приема за нула (например φ 2 = 0), след това ∆φ = φ 1.

Горната концепция за фазово изместване се отнася само за хармонични сигнали. За нехармонични (импулсни) сигнали е приложима концепцията за изместване във времето (време на закъснение t3), чиито диаграми са показани на фиг. 5.6.

Ориз. 5.6. Диаграми на напрежението с изместване във времето

Измерването на фазовото изместване се използва широко при промишлени и микровълнови честоти, т.е. в целия честотен диапазон.

Фазово изместване възниква, например, между входното и изходното напрежение на четириполюсника, както и в променливотоковите силови вериги между тока и напрежението и определя фактора на мощността (cos φ) и следователно мощността в изследваната верига.

За измерване на фазовото изместване при индустриални честоти се използват широко електромеханични фазомери на електродинамични и феродинамични системи. Недостатъците на такива фазомери са относително голямата консумация на енергия от източника на сигнал и зависимостта на показанията от честотата. Относителна намалена грешка на електромеханичните фазомери - не повече от ±0,5%.

В зависимост от необходимата точност на измерване на фазовото изместване и честотата на сигнала се използва един от следните методи: осцилографски (един от трите), компенсация, електронен метод на дискретно броене, метод за преобразуване на фазовото изместване в токови импулси, метод на измерване с помощта на фаза измервателни уреди, базирани на микропроцесорна система, метод за преобразуване на честотата на сигнала.

осцилографски методи,на свой ред те са разделени на три: линейно размахване, синусоидално движение (елипса) и кръгово размахване.

За изпълнение метод на линеен размахизползвайте двуканален или двулъчев осцилоскоп (или еднолъчев осцилоскоп с електронен превключвател). На екрана се получава изображение на синусоидални сигнали (фиг. 5.7).

Ориз. 5.7. Осцилограми на два синусоидални сигнала при измерване на фазовото изместване с помощта на метода на линейно размахване

Сигнали ти 1(т)и ти 2(т) се подават към входовете Y1 и Y2 на осцилоскопа. За да се осигури неподвижността на осцилограмите, е необходимо размахът да се синхронизира с един от изследваните сигнали.

Чрез измерени сегменти 0 аи 0 бфазовото изместване се изчислява от съотношението

(5.11)

Методът на линейното размахване ви позволява да определите знака на фазовото изместване, покрива пълния диапазон на неговото измерване - 0...360 °. Грешката на метода е ± (5...7°) и се определя от нелинейността на развиващото се напрежение, неточността на измерване на линейните размери на сегментите 0 аи 0 б,качеството на фокусиране и яркостта на лъча (т.е. умението на оператора).

Метод на синусоидално почистванереализиран с помощта на един; лъчев осцилоскоп. Проучени сигнали с напрежение u 1 (t)и u 2 (t)прилага се към входовете X и Y на осцилоскопа, когато вътрешният генератор на линейно движение е изключен. На екрана ще се появи фигура с форма на елипса (фиг. 5.8), чиято форма зависи от фазовото изместване между двете напрежения и техните амплитуди. Фазовото изместване се определя по формулата

(5.12)

Ориз. 5.8. Получената осцилограма при измерване на фазовото изместване с помощта на метода на синусоидално размахване

За да се намали грешката, амплитудите се изравняват преди измерването. X tи Y mплавното им регулиране на каналите Y и X.

Методът на синусоидното размахване ви позволява да измервате фазовото изместване в диапазона от 0 ... 180 °, без да определяте знака.

Грешката на измерване ∆φ по метода на синусоидното размахване (метод на елипсата) зависи от точността на измерване на сегментите, включени в уравнение (5.12), от качеството на фокусиране и яркостта на лъча на CRT екрана. Тези причини имат забележим ефект при фазово изместване близо до нула и до 90°.

И двата разглеждани метода са косвени и доста трудоемки.

Метод на кръгово почистване -най-удобният осцилоскопски метод за измерване на фазовото изместване. В този случай знакът на фазовото изместване се определя в целия диапазон на измерване на ъгъла (0...360°). Грешката при измерване е постоянна в целия диапазон.

Блоковата схема на осцилоскопа при измерване на фазовото изместване по метода на кръговото движение е показана на фиг. 5.9, а.

Ориз. 5.9. Структурна схема на прилагането на метода на кръговото почистване (а)отчитане на ъгъла (б)и диаграми на синусоидални сигнали (в)при измерване на фазовото изместване

X и Y входовете на осцилоскопа са синусоидални сигнали с напрежение U 1и U 3 ,изместени един спрямо друг с 90 ° с помощта на фазов превключвател, състоящ се от резистор и кондензатор. Ако съпротивленията на рамената на амплитудите на напрежението са равни U 1и U 3също са равни и на екрана ще се наблюдава осцилограма под формата на кръг (фиг. 5.9, б).

Сравнени сигнали u 1 (t)и u 2 (t)се подават на входовете на два еднакви форми, които преобразуват синусоидалните напрежения в последователност от къси еднополярни импулси с напрежение U 4и U 5(фиг. 5.9 , в)със стръмни фронтове. Началото на импулсите съвпада с момента на преход на синусоидите през оста на времето при тяхното увеличаване. Сигнали за напрежение U 4и U 5влиза в логическата верига ИЛИ, където те се сумират и на изхода се появява поредица от импулси с напрежение U 6 ,които се подават към управляващия електрод (модулатор) на тръбата, контролиращ яркостта на лъча в точки 1 и 2, а точки с повишена яркост се наблюдават върху кръга в точки 1 и 2.

Фазовото изместване между сигналите става както следва (виж фиг. 5.9, б).При измерване центърът на прозрачния транспортир се подравнява с центъра на окръжността, чиято пълна обиколка съответства на 360°. За периода тизследвани сигнали с напрежение U 1и U 2електронен лъч описва кръг. Дъгата между точки 1 и 2, чиято дължина е равна на определен ъгъл α, се описва от лъча по време на времето на забавяне на тези сигнали: ∆ t =∆φ т/ 360°, откъдето α= ∆φ.

Абсолютната грешка при измерване по метода на кръговото сканиране достига 2...5° и зависи от точността на определяне на центъра на кръга, точността на измерване на фазовото изместване с помощта на транспортир и от степента на идентичност на прага на реакция и на двете формички.

Метод на компенсация(метод на наслагване) се реализира с помощта на осцилоскоп. Схемата на метода е показана на фиг. 5.10, а.

Ориз. 5.10. Схема за прилагане на метода на компенсация ( а) и форма на вълната (6) при измерване на фазовото изместване

Сигнали за напрежение U 1и U 2се подават към входовете Y и X на осцилоскопа, а входът Y се подава през градуиран фазов превключвател, а X входът се подава директно.

Фазово изместване между изследваните напрежения U 1и U 2определя се чрез промяна на фазата на сигнала с напрежение U 3фазов превключвател, докато на екрана се появи права наклонена линия (фиг. 5.10, б)което показва равенството на фазите на двата сигнала. Определеното фазово изместване ∆φ се отчита по скалата на фазовия превключвател спрямо първичната позиция, съответстваща на въртенето на фазата на 180°. За да се намали грешката при измерване, е необходимо да се коригират фазовите измествания, създадени от усилвателите на вертикалните и хоризонталните канали на отклонение на лъча на осцилоскопа. Тази процедура се извършва в същата последователност, както при измерване на фазовото изместване с метода на синусоидално размахване (виж фиг. 5.8). Като нулев индикатор може да се използва електронен волтметър.

Грешката при измерване по метода на компенсация е малка (0,2 ... 0,5 °) и се определя главно от качеството на калибрирането на фазовия превключвател.

Методът на компенсация се използва и в микровълновия диапазон при измерване на фазовото изместване, въведено от някакъв елемент, който е допълнително включен в микровълновия път (филтър, вълноводен сегмент). 5.11.

Ориз. 5.11. Структурна схема на измерване на фазовото изместване в микровълновия диапазон чрез компенсационен метод

Процесът на измерване се извършва в следния ред. Когато изследваният елемент Z е изключен, микровълновият път на изхода на фазовия превключвател е късо съединение с щепсел. Когато генераторът е включен, по пътя се установява стояща вълна. Тъй като минимумът на стоящата вълна е по-изразен от максимума, тогава чрез регулиране на фазовия превключвател възелът на стоящата вълна се премества спрямо напречната равнина на местоположението на сондата, така че изправителното устройство (милиамперметър) показва минимум, и се отбелязват показанията на φ 1, превключвателят на фазата. След това между фазовия превключвател и щепсела се включва изследваният елемент Z, който създава изместване на възела на напрежението на стоящата вълна и отново фазообменникът постига минималното показание на индикатора, което ще бъде φ 2 при броене скалата на фазовия превключвател.

Фазовото изместване, въведено от изследвания елемент Z в микровълновия път, се определя по формулата

Вместо фазообменник и сонда в разглежданата верига може да се използва измервателна линия. Описаният метод на компенсация е косвен.

Двуканалният фазомер ви позволява да измервате директно фазовото изместване. Принципът на действие на двуканален фазомер се основава на преобразуването на фазовото изместване в правоъгълни импулси. Блоковата схема на двуканален фазомер, времеви диаграми на сигнали, обясняващи неговата работа, и графика на зависимостта на показанията на относителния индикатор ∆φ са показани на фиг. 5.12.

Ориз. 5.12. Структурна схема на двуканален фазомер ( а), времеви диаграми на сигнала, обясняващи неговата работа (6) и графика на зависимостта на показанията на индикатора спрямо ∆φ ( в)

Фазомерът се състои от преобразувател ∆φ във времево изместване ∆ т,равно на желаното фазово изместване ∆φ и индикатора за измерване. Преобразувателят се състои от два еднакви сигнални преобразувателя и суматор, който е тригер.

Проучени сигнали с напрежение U 1и U 2с фазово изместване ∆φ се подават на входовете на два еднакви форми, които преобразуват получените синусоидални сигнали в последователност от къси импулси с напрежение U 3и U 4 .импулси с напрежение U 3стартирайте спусъка и импулси с напрежение U 4поставете го в първоначалното му положение. В резултат на това на изхода се образува периодична последователност от импулси, чийто период на повторение и продължителност са равни на периода на повторение ти изместване на времето ∆ тна изследваните сигнали с амплитуда Аз съм .

Като индикатор за измерване най-често се използва микроамперметър на магнитоелектрическа система, чиито показания са пропорционални на средната стойност на силата на тока за периода на повторение на сигнала Т.

Както можете да видите от времевата диаграма I = f(t)(виж фиг. 5.12, б)във веригата на измервателния уред, правоъгълни импулси с продължителност ∆ т.Следователно средната стойност на тока, протичащ през устройствата за периода, е пропорционална на удвоения относителен интервал от време:

От графиката (виж фиг. 5.12, б)от това следва, че фазовото изместване между изследваните сигнали с напрежение U 1и U 2съответства на изместването във времето ∆ ти може да се изрази с формулата

от което следва, че фазовият ъгъл зависи линейно от отношението ∆ t/T:

Замествайки уравнение (5.15) в израз (5.14), получаваме

(5.16)

При постоянна стойност на амплитудата на изходните импулси, скалата на индикатора, който измерва средната стойност на тока аз 0 ,градуирани в стойности на ∆φ. В този случай скалата на индикатора на фазомера ще бъде линейна. Предимството на двуканален фазомер е директното измерване на ∆φ в диапазона от ±180°.

Електронен метод за дискретно броенее в основата на работата на цифров фазомер и се състои от два основни етапа: трансформиране на фазовото изместване в съответния интервал от време и измерване на този интервал от време по метода на дискретно броене.

Опростена блокова схема на цифров фазомер и времеви диаграми, обясняващи работата му, са показани на фиг. 5.13.

Ориз. 5.13. Структурна схема на фазомера при измерване на фазовото изместване по метода на дискретно броене (а) и времеви диаграми на сигнали, обясняващи неговата работа (б)

Синусоидален сигнал, генериран от кварцов осцилатор, се подава към формообразуващия блок, на изхода на който се формират броещи импулси, които се подават към единия вход на селектора за време. Другият му вход получава преобразувана последователност от импулси с продължителност ∆ тс период на повторение на изследваните сигнали Т.Селекторът се отваря само за време, равно на продължителността ∆ тимпулси с напрежение U 3и предава импулси с напрежение към брояча U 4от генератора. Селекторът за време генерира импулсни пакети с напрежение U 5 (без промяна на периода Т),пристигащи на гишето в един пакет.

където T0-периодът на повторение на броещите импулси на кварцовия осцилатор.

Замествайки във формула (5.17) отношението за ∆ тот формула (5.16) определяме ∆φ за сигнали с напрежение U 1и U 2

(5.18)

Общата грешка на измерването по този метод зависи от грешката на дискретността, която се дължи на факта, че интервалът ∆ тизмерва се с точност до един период T 0 ,и от нестабилността на времето за реакция на преобразувателя.

Фазомерите с вграден микропроцесор имат голям потенциал, който може да измерва фазовото изместване между два периодични сигнала за всеки избран период.

Фигура 5.14 показва блокова схема на фазомер с вграден микропроцесор и времеви диаграми на сигнала, които обясняват неговата работа.

След входното устройство, синусоидални сигнали с напрежение U 1и U 2постъпват на входовете на импулсния преобразувател, в който се преобразуват в къси импулси с напрежение У„1 и У" 2 Използвайки първата двойка от тези импулси, формировач 1 генерира импулс с напрежение U 3продължителност ∆ т, което е равно на изместването във времето на сигналите с напрежение U 1и U 2 .Този импулс отваря селектора за време 1 и по време на неговото действие броещите импулси с период на повторение преминават към входа на брояча 1 T 0 ,които се произвеждат от микропроцесора. На входа на брояча се предава 1 пакет импулси с напрежение U 4показано на фиг. 5.14, б.Броят на импулсите в пакета се изразява с формулата

В същото време формировач 2 генерира импулси с напрежение U 5 ,с продължителност равна на периода на повторение на изследваните сигнали с напрежение U 1и U 2 .Този импулс отваря селектор 2 (за времето на неговото действие) и преминава от микропроцесора към брояч 2 пакет от импулси с напрежение U 6и с точка T0,чийто брой в опаковката е

Ориз. 5.14. Структурна схема на фазомер с вграден микропроцесор ( а) и времеви диаграми на сигнала, обясняващи неговата работа (б)

За да определите желаната стойност на фазовото изместване ∆φ за избрания период на повторение на сигнала те необходимо да се намери съотношението на количествата (5.19) и (5.20), равно на

след това, като се вземе предвид основната формула ∆φ = 360° ∆ t/Tумножете това съотношение по 360°:

(5.21)

Това изчисление се извършва от микропроцесор, към който се предават кодовете, генерирани от броячи 1 и 2 Пи Н.Със съответната програма на микропроцесора дисплеят показва стойността на фазовото изместване ∆φ за всеки избран период Т.Чрез сравняване на такива измествания в различни периоди става възможно да се наблюдават флуктуациите на ∆φ и да се оценят техните статични параметри, които включват математическото очакване, дисперсията, стандартното отклонение и измерената средна стойност на фазовото изместване.

При измерване с фазомер с вграден микропроцесор средната стойност на фазовото изместване ∆φ за дадено количество Да сепериоди тброячи 1 и 2 натрупват кодове за броя импулси, получени на техните входове за Да сепериоди, т.е. цифрови кодове настолен компютъри НКсъответно се предава на микропроцесора.

Малка грешка при измерване на ∆φ с този фазомер може да се получи само при достатъчно ниска честота на изследваните сигнали. Разширяването на честотния диапазон позволява предварително (хетеродинно) преобразуване на сигнали.

Основните метрологични характеристики на фазомери, които трябва да знаете при избора на устройство, включват следното:

Целта на устройството

· обхват на измерване на фазовото изместване;

· честотен диапазон;

· Допустима грешка при измерване.